CN101223654A - 碱性干电池 - Google Patents

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CN101223654A CNA2006800259185A CN200680025918A CN101223654A CN 101223654 A CN101223654 A CN 101223654A CN A2006800259185 A CNA2006800259185 A CN A2006800259185A CN 200680025918 A CN200680025918 A CN 200680025918A CN 101223654 A CN101223654 A CN 101223654A
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住广泰史
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Abstract

本发明涉及一种碱性电池，其在电池罐(2)内收纳有正极合剂(4)、隔膜(5)和凝胶状负极(6)；由垫圈(7)和负极端子板(10)构成的封口体(11)嵌合于所述电池罐的开口部，并在利用形成于该电池罐开口部的沟(12)保持所述封口体的状态下，将电池罐的开口缘向内侧弯曲并朝轴向敛缝而进行封口；所述垫圈(7)具有：压入所述凝胶状负极中的负极集电体(9)所贯通的内筒部(7a)，嵌合于电池罐的开口部内周的外筒部(7b)，连结所述内筒部和外筒部的连结部(7c)，以及形成于该连结部和所述内筒部之间的薄壁部(8)；所述负极端子板(10)焊接在所述负极集电体的头部(9a)，并且外周缘嵌合于所述垫圈外筒部的内侧；其中，在所述垫圈的连结部设置有厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部(7g)的两阶梯形状的环状圆盘部(7f)，由此可以维持安全性和耐漏液特性，同时减少了封口部的轴向尺寸，从而使放电性能得以提高。

Description

碱性干电池
技术领域
本发明涉及一种碱性干电池，特别涉及一种省略封口部的增强垫圈而与其容积相对应地增大电池的内容量、从而谋求放电性能提高的碱性干电池。
背景技术
以前为人所知的有结构如图4A～图4B所示的碱性干电池21(例如参照专利文献1)。在图4A～图4B中，在有底圆筒状的、且正极端子23在底部突出形成的钢制电池罐22内，以密接其内周面的方式收纳着以二氧化锰和石墨为主要构成物质的圆筒状正极合剂24，在其内侧介入有底圆筒状隔膜25，收纳着凝胶化的、且在电解液中分散有锌粉末的凝胶状负极26。
垫圈27具有内筒部27a、外筒部27b以及使内筒部27a和外筒部27b之间得以连结的连结部27c，并且与隔膜25的开口端抵接而嵌合配置在电池罐22的开口部上。垫圈27的连结部27c由从外筒部27b的下端阶梯部27d倾斜、且呈小的圆锥筒状下垂的短的裙部27e、和从裙部27e的下端向径向内侧稍稍向上方倾斜而延伸出来的环状圆盘部27f形成；在该环状圆盘部27f的内周和内筒部27a的外周之间形成有作为防爆阀发挥作用的薄壁部28。在该垫圈27上，遍及外筒部27b的下端阶梯部27d和内筒部27a的上端外周阶梯部27g之间而配置有增强垫圈29。贯通垫圈27的内筒部27a而将负极集电体30压入凝胶状负极26内，负极端子板31连接固定在该负极集电体30的头部30a上，其外周部抵接在增强垫圈29的外周部。
而且在利用形成于从电池罐22的开口端空出预定间隔的位置的沟32支持垫圈27的外周部的状态下，对电池罐22的开口端部以及垫圈27的外筒部27b的上端部朝径向内侧进行敛缝，利用该敛缝部33使垫圈27的外筒部27b的上端部朝轴向压缩，利用垫圈27对电池罐22进行封口，同时使负极端子板31得以固定。另外，电池罐22的外周面用热收缩性树脂管34覆盖。
另外，作为其它的碱性电池，为人所知的还有(参照专利文献2)：该碱性电池将电池罐的开口部形成为较大的直径；由垫圈和端子板构成的封口体嵌合配置在该开口部上，所述垫圈具有内筒部、外筒部和连结部，并在内筒部的外侧形成有作为防爆阀发挥作用的薄壁部，所述端子板配置在垫圈的外筒部内；朝径向压缩电池罐的开口部，同时朝内侧对开口缘进行敛缝，由此而对电池进行封口；其中，通过在垫圈的外筒部的内侧设置能够吸收压缩变形的缓冲部，则在上述径向的敛缝时所施加的压缩力的作用下，不会在薄壁部产生应力，从而不会对防爆阀的动作压力产生影响。
然而，专利文献1所记载的结构如图4A～图4B所示的碱性干电池存在的问题是：由于在垫圈27内内装有增强垫圈29，所以封口部的轴向尺寸较大，相应地电池罐22的有效内容积减少，从而在谋求电池放电性能的提高时成为阻碍的主要原因。
于是，考虑将其设计为取消增强垫圈的封口结构，但如图5所示，在单纯地将其设计为取消增强垫圈的结构的情况下，所产生的问题是：在对垫圈27的外筒部27b的上端部朝内侧进行敛缝、从而朝轴向压缩时，在外筒部27b上产生的应变和应力向连结部27c传播，从而如箭头a所示那样将垫圈27的裙部27e强烈地向径向外方拉伸的力发生作用，该拉伸力就那样经由环状圆盘部27f而传播到与内筒部27a之间形成的薄壁部28，于是在薄壁部28上产生较大的应力而生成裂纹，从而使耐漏液特性降低，或者对防爆阀的动作压力产生影响而使可靠性降低。
此外，专利文献2公开了如下的结构：其在没有设置金属环(增强垫圈)的封口部结构中，为了防止因径向的敛缝时所施加的压缩力而在薄壁部产生应力，在外筒部的内侧设置具有断面呈“V”字形的切口且能够吸收压缩变形的缓冲部。但是，其封口方法与结构如图4A～图4B所示的、将上述垫圈的外筒部朝轴向压缩的碱性干电池不同，并不能就那样加以使用。
专利文献1：特开2000-3696号公报
专利文献2：特开平11-86810号公报
发明内容
于是，本发明鉴于上述以前的问题，目的在于提供一种碱性干电池，其在维持安全性和耐漏液特性的同时，使封口部的轴向尺寸得以减少，从而可以谋求放电性能的提高。
为实现上述的目的，本发明涉及一种碱性电池，其在电池罐内收纳有正极合剂、隔膜和凝胶状负极；由垫圈和负极端子板构成的封口体嵌合于电池罐的开口部，并在利用形成于电池罐开口部的沟保持封口体的状态下，将电池罐的开口缘向内侧弯曲并朝轴向敛缝而进行封口；所述垫圈具有：压入凝胶状负极中的负极集电体所贯通的内筒部，嵌合于电池罐的开口部内周的外筒部，连结内筒部和外筒部的连结部，以及形成于连结部和内筒部之间的薄壁部；所述负极端子板焊接在负极集电体的头部，并且外周缘嵌合于垫圈外筒部的内侧；其中，在垫圈的连结部设置有厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部的两阶梯形状的环状圆盘部。
根据该构成，由于没有设置增强垫圈，所以能够减少封口部的轴向尺寸，从而可以谋求放电性能的提高，而且在封口时，随着垫圈的外筒部的端部向内侧弯曲同时在轴向产生压缩变形，在外筒部产生的应变和应力即使传播到连结部，也由于在连结部设置有厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部的两阶梯形状的环状圆盘部，所以其应变和应力因在弯曲部的变形而被有效地吸收，从而不会因封口而在薄壁部产生较大的应力，可以防止在薄壁部的裂纹的发生，从而耐漏液特性得以提高，防爆阀的动作压力稳定，可以维持安全性和耐漏液特性。
另外，作为环状圆盘部的倾斜方向以及弯曲部的弯曲方向，设定垫圈的内筒部外周面与环状圆盘部的比弯曲部靠内周侧的部分所成的角度为A1，设定内筒部外周面与环状圆盘部的比弯曲部靠外周侧的部分所成的角度为A2，并使A1大于A2，且为90°以下，则由于隔膜的开口端部所抵接的部分成为凹形状，因而适合于可以更切实地防止凝胶状负极的溢出。
另外，通过将角度差(A1-A2)设定为11～22°，便可以切实且稳定地获得上述的效果，因而是优选的。
另外，通过在环状圆盘部的弯曲部设置成角的拐点，应力便在该拐点集中而使环状圆盘部更易变形，所以封口时，由外筒部传播至环状圆盘部的应变和应力被进一步有效地加以吸收，以致耐漏液特性得到进一步的提高，从而可以谋求防爆阀的动作压力的进一步稳定化。此外，作为成角的拐点，优选使拐点的曲率半径为0.2mm以下。
附图说明
图1A～图1B表示本发明的一实施方案的碱性干电池，图1A是纵向剖视图，图1B是要部放大剖视图。
图2是在该实施方案中，使垫圈的环状圆盘部的弯曲部形成为成角的形状的构成例的要部放大剖视图。
图3是表示比较例1、2以及实施例1～8的要部构成的剖视图。
图4A～图4B表示以前例的碱性干电池，图4A是纵向剖视图，图4B是要部放大剖视图。
图5是在以前例的碱性干电池中，没有增强垫圈的构成例的要部放大剖视图。
具体实施方式
下面参照图1A～图1B，就本发明的一实施方案的碱性干电池进行说明。
在图1A～图1B中，1为碱性干电池，在有底圆筒状的、且正极端子3在底部突出形成的钢制电池罐2内，以密接其内周面的方式收纳着以二氧化锰和石墨为主要构成物质的圆筒状正极合剂4，在其内侧介入有底圆筒状隔膜5，收纳着凝胶化的、且在电解液中分散有锌粉末的凝胶状负极6。垫圈7具有内筒部7a、外筒部7b以及使内筒部7a和外筒部7b之间得以连结的连结部7c，并且与隔膜5的开口端抵接而嵌合配置在电池罐2的开口部上。在连结部7c的内周和内筒部7a的外周之间形成有作为防爆阀发挥作用的薄壁部8。贯通该垫圈7的内筒部7a而将负极集电体9压入凝胶状负极6内，负极端子板10连接固定在其头部9a上。在负极端子板10的外周部经由短的垂下筒部10a而设置有凸缘部10b，其凸缘部10b的外周与垫圈7的外筒部7b内周嵌合，由这些垫圈7和负极端子板10构成封口体11。
而且在利用形成于从电池罐2的开口端空出预定间隔的位置的沟12支持封口体11的外周部、即垫圈7的外筒部7b下端的状态下，对电池罐2的开口端部以及垫圈7的外筒部7b的上端部朝径向内侧进行敛缝，利用该敛缝部13使垫圈7的外筒部7b的上端部朝轴向压缩，利用由垫圈7和负极端子板10构成的封口体11对电池罐2进行封口，同时使该负极端子板10得以固定。另外，电池罐2的外周面用热收缩性树脂管14覆盖。
在以上构成的碱性干电池1中，垫圈7的连结部7c正如图1B详细所示的那样，由从设置于外筒部7b的下端内周的阶梯部7d倾斜、且呈小的圆锥筒状下垂的短的裙部7e、和从裙部7e的下端向径向内侧稍稍向上方倾斜而延伸出来的环状圆盘部7f形成。再者，该环状圆盘部7f形成为厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部7g的两阶梯形状。而且设定垫圈7的内筒部7a外周面与环状圆盘部7f的比弯曲部7g靠内周侧的部分所成的角度为A1，设定与环状圆盘部7f的比弯曲部7g靠外周侧的部分所成的角度为A2，使A1为90°以下，且A1和A2的角度差(A1-A2)被设定为11～22°。
根据上述的构成，在封口时，随着垫圈7的外筒部7b的端部向内侧弯曲同时在轴向产生压缩变形，在外筒部7b产生的应变和应力即使传播到连结部7c，从而将该裙部7e向径向外方拉伸的较大的力发生作用，也由于连结部7c的环状圆盘部7f形成为厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部7g的两阶梯形状，所以其应变和应力因在弯曲部7g的变形而被有效地吸收，从而不会因封口而在薄壁部8产生较大的应力，从而耐漏液特性得以提高，防爆阀的动作压力稳定，可以维持安全性和耐漏液特性。而且在该封口体11上没有设置增强垫圈，所以能够减少封口部的轴向尺寸，相应地可以增大电池罐2的有效内容积，从而可以谋求放电性能的提高。
另外，作为环状圆盘部7f的倾斜方向以及弯曲部7g的弯曲方向，也可以考虑将内筒部7a的外周面与环状圆盘部7f的比弯曲部7g靠内周侧的部分所成的角度A1设定为钝角，或者将内筒部7a的外周面与环状圆盘部7f的比弯曲部7g靠外周侧的部分所成的角度A2大于A1，但通过将A1设定为90°以下且使A2小于A1，则由于隔膜5的开口端部所抵接的部分成为凹形状，因而适合于可以更切实地防止凝胶状负极6的溢出。另外，通过将A1与A2的角度差(A1-A2)设定为11～22°，便可以切实地获得上述的作用，因而是优选的。
再者，正如图2详细所示的那样，在环状圆盘部7f的弯曲部7g上优选设置成锐角形状的拐点，而且该拐点在该电池罐内侧面的曲率半径R为0.2mm以下。通过这样地在弯曲部7g设置成角的拐点，应力便发生集中而使弯曲部7g更易变形，所以封口时，由外筒部7b传播至环状圆盘部7f的应变和应力被进一步有效地加以吸收，以致耐漏液特性得到进一步的提高，从而可以谋求防爆阀的动作压力的进一步稳定化。
实施例
下面就本发明的实施例、和作为比较例的以前例进行说明。
如图3所示：
作为比较例1：准备图4A～图4B的以前构成的碱性干电池；
作为比较例2：准备图5的构成的碱性干电池；
作为实施例1：对于构成如图1A～图1B所示的碱性干电池1，制作角度A1设定为79°、角度A2设定为74°的干电池；
作为实施例2：对于构成如图1A～图1B所示的碱性干电池1，制作角度A1设定为79°、角度A2设定为68°的干电池；
作为实施例3：对于构成如图1A～图1B所示的碱性干电池1，制作角度A1设定为79°、角度A2设定为57°的干电池；
作为实施例4：对于构成如图1A～图1B所示的碱性干电池1，制作角度A1设定为79°、角度A2设定为50°的干电池；
作为实施例5：制作弯曲部如图2所示那样具有成角的形状的与实施例1同样的干电池；
作为实施例6：制作弯曲部如图2所示那样具有成角的形状的与实施例2同样的干电池；
作为实施例7：制作弯曲部如图2所示那样具有成角的形状的与实施例3同样的干电池；
作为实施例8：制作弯曲部如图2所示那样具有成角的形状的与实施例4同样的干电池；
对这些比较例1、2以及实施例1～8的碱性干电池进行了以下的评价试验。
作为耐漏液特性试验：
1)热冲击(交替地在80℃的环境下保存12小时，在-20℃的环境下保存12小时)
2)80℃恒温保存
对于上述1)和2)的试验工序，分别就100个干电池进行1～4个月，并在每个月过后检查漏液的干电池的个数。
作为放电性能试验：
1)1000mA10spm/1hpd放电(利用在1分钟内，以1000mA放电10秒，其余50秒截止的脉冲，在1天内放电1小时)
2)1000mA连续放电
3)100mA连续放电
进行以上的放电后，将比较例1的放电时间设定为100而进行相对评价。
作为安全性试验：
1)串联1个的冲击试验(在常温气氛下对1个电池进行冲击试验)
2)串联4个的冲击试验(将4个电池串联起来而在常温气氛下进行冲击试验)
3)1/4个反接的冲击试验(在串联的4个之中反接1个，在常温气氛下进行冲击试验)
就20组进行了上述的试验，并检查了破裂的个数。
                                                        表1
增强垫圈的有无 弯曲部成角 连结部角度差   漏液评价   放电评价   安全性
  热冲击   80℃   1A10spm/1hpd   1A连续   0.1A连续  串联1个的冲击试验  串联4个的冲击试验   1/4个反接的冲击试验
  1M   2M   3M   4M   1M   2M   3M   4M
 比较例1   有   0°   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   100   100   100   0/20组   0/20组   0/20组
 比较例2   无   0°   0/100   1/100   2/100   4/100   0/100   1/100   9/100   16/100   120   125   110   0/20组   0/20组   0/20组
实施例1 无   无R0.4处理 5° 0/100 0/100 1/100 3/100 0/100 0/100 6/100 10/100 120 125 110 0/20组 0/20组 0/20组
实施例2 无   无R0.4处理 11° 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 120 125 110 0/20组 0/20组 0/20组
实施例3 无   无R0.4处理 22° 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 0/100 120 125 110 0/20组 0/20组 0/20组
实施例4 无   无R0.4处理 29° 0/100 0/100 4/100 9/100 0/100 0/100 4/100 6/100 120 125 110 0/20组 3/20组 0/20组
 实施例5   无   有   5°   0/100   0/100   0/100   2/100   0/100   0/100   3/100   6/100   120   125   110   0/20组   0/20组   0/20组
 实施例6   无   有   11°   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   120   125   110   0/20组   0/20组   0/20组
 实施例7   无   有   22°   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   120   125   110   0/20组   0/20组   0/20组
 实施例8   无   有   29°   0/100   0/100   2/100   7/100   0/100   0/100   2/100   3/100   120   125   110   0/20组   2/20组   0/20组
对于比较例1、2以及实施例1～8，上述耐漏液特性试验、放电性能试验以及安全性试验的结果如表1所示。
从表1可以看出：与具有增强垫圈的比较例1相比，没有增强垫圈的比较例2以及实施例1～8的放电性能提高10～25％。另外，与弯曲部的角度为0°即没有弯曲部的比较例2相比，具有弯曲部的实施例1～8可以看到在液漏评价方面有所改善，但是，当在弯曲部的角度差如实施例4、8那样过大时，则无论在漏液评价方面还是在安全性方面均将产生不优选的倾向。另外还可知：当在弯曲部的角度差如实施例1、5那样较小时，则在漏液评价方面的改善效果较小。而且如实施例2、3、6、7那样将在弯曲部的角度差设定为11～22°，由此无论在漏液评价方面还是在安全性方面均将维持与具有增强垫圈的以前例同样的效果。再者，弯曲部设计为成角的形状的实施例5～8、特别是实施例5和8相对于弯曲部的曲率半径R为0.4mm且没有形成为成角的形状的实施例1～4、特别是实施例1和4，在漏液评价以及安全性评价方面可以看到有较大的改善。
正如以上所说明的那样，根据本发明的碱性干电池，通过在垫圈的连结部设计厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部的两阶梯形状的环状圆盘部，则封口时在外筒部产生的应变和应力因在弯曲部的变形而被有效地吸收，从而不会因封口而在薄壁部产生较大的应力，从而耐漏液特性得以提高，防爆阀的动作压力稳定，可以维持安全性和耐漏液特性；而且没有设置增强垫圈，能够减少封口部的轴向尺寸，故而适用于谋求放电性能的提高。

Claims (4)

1.一种碱性电池，其在电池罐(2)内收纳有正极合剂(4)、隔膜(5)和凝胶状负极(6)；由垫圈(7)和负极端子板(10)构成的封口体(11)嵌合于所述电池罐的开口部，并在利用形成于该电池罐开口部的沟(12)保持所述封口体的状态下，将电池罐的开口缘向内侧弯曲并朝轴向敛缝而进行封口；所述垫圈(7)具有：压入所述凝胶状负极中的负极集电体(9)所贯通的内筒部(7a)，嵌合于电池罐的开口部内周的外筒部(7b)，连结所述内筒部和外筒部的连结部(7c)，以及形成于该连结部和所述内筒部之间的薄壁部(8)；所述负极端子板(10)焊接在所述负极集电体的头部(9a)，并且外周缘嵌合于所述垫圈外筒部的内侧；其中，在所述垫圈的连结部设置有厚度一定、且在径向中间部具有弯曲部(7g)的两阶梯形状的环状圆盘部(7f)。
2.根据权利要求1所述的碱性干电池，其中，设定垫圈(7)的内筒部(7a)外周面与环状圆盘部(7f)的比弯曲部(7g)靠内周侧的部分所成的角度为A1，设定内筒部外周面与环状圆盘部的比弯曲部靠外周侧的部分所成的角度为A2，则A1大于A2，且为90°以下。
3.根据权利要求2所述的碱性干电池，其中，角度差A1-A2为11～22°。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的碱性干电池，其中，在环状圆盘部(7f)的弯曲部(7g)设置成角的拐点。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080716